(57)【要約】      （修正有）【課題】動作中の機器や設備の動作範囲内に侵入物体が存在するかどうかを検知する検知システムを提供する。【解決手段】設備は、作業面Ｐに設置され、作業スペースＷを定義する。検知システム１０００は、第一反射部材４と、検知設備１と、立体の第一ライトカーテン２と、を含む。第一反射部材は、設備２０００を包囲し、設備に対して作業面から離れる。検知設備は、電子制御装置１１と第一検知器１２とを備える。第一検知器は、発射器と、受信器と、コントローラーと、を備える。コントローラーは、発射器と受信器が回転軸回りに同時に回転するように制御する。発射器は、一周ごとにＮ個の検知波を発射する。受信器は、検知波に対応してＮ回の時間測定を行う。検知波は、第一反射部材と作業面によって、作業スペースを包囲する第一ライトカーテンを形成する。【選択図】図１
0003225836.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
設備の安全確保用の検知システムであって、前記設備は作業面に設置され、作業面において作業スペースを定義し、前記検知システムは、
前記設備を包囲し、前記設備に対して前記作業面から離れ、前記作業面に平行ではない少なくとも１つの反射面を有する第一反射部材と、
電子制御装置と、発射器、受信器、及びコントローラーを含む第一検知器と、を有する検知設備と、
前記作業スペースを包囲する立体の第一ライトカーテンと、を備え、
前記コントローラーは、前記発射器と前記受信器が回転軸回りに同時に回転するように制御し、前記発射器は、一周ごとにＮ個の検知波を発射し、前記受信器は、前記検知波に対応してＮ回の時間測定を行い、前記検知波は、前記第一反射部材の前記反射面と前記作業面によって、前記第一ライトカーテンを形成することを特徴とする検知システム。
【請求項２】
前記第一ライトカーテン内に侵入物体がない場合に、第ｉの検知波が前記発射器から発射されて前記受信器に届くまでの時間は、第一種の時間Ｔ１ｉであり、前記第一ライトカーテン内に侵入物体が存在する場合における第ｉの検知波の測定時間は、第一種の時間Ｔ１ｉと相違することを特徴とする請求項１に記載の検知システム。
【請求項３】
前記第一ライトカーテンは、前記回転軸に対して略垂直に形成されたカバーエリアと、前記回転軸に対応する包囲エリアと、を備えることを特徴とする請求項２に記載の検知システム。
【請求項４】
前記カバーエリアは、前記発射器と前記第一反射部材によって定義され、前記包囲エリアは、前記第一反射部材と前記作業面によって定義されることを特徴とする請求項３に記載の検知システム。
【請求項５】
前記検知システムは、さらに第一支持フレームを備え、前記第一支持フレームは、少なくとも１つの支柱と、テーブルと、少なくとも１つの延伸柱体と、を備え、前記支柱は、互いに間隔をおいて前記作業面に立設され、前記テーブルは、前記支柱の上に設置され、前記延伸柱体は、互いに間隔をおいて前記テーブルに設置され、外側に向けて延伸して前記第一反射部材に連結され、前記第一検知器の前記発射器と前記受信器は、前記テーブルに設置されることを特徴とする請求項４に記載の検知システム。
【請求項６】
前記延伸柱体の数は４つであり、前記第一反射部材は、４つの本体と４つの反射面とを有し、前記各反射面は、それぞれ前記各本体に対応して形成され、前記各本体は、それぞれ前記各延伸柱体に対応して設置され、前記本体は囲繞して長方形状を形成することを特徴とする請求項５に記載の検知システム。
【請求項７】
前記第一反射部材は、１つの本体と１つの反射面とを有し、前記反射面は前記本体に形成され、前記本体は環状のものであることを特徴とする請求項５に記載の検知システム。
【請求項８】
前記第ｉの検知波が進行する第一種の経路ＰＡ１ｉは、Ａ１ｉ部分、Ｂ１ｉ部分、Ｃ１ｉ部分、及びＤ１ｉ部分を有し、前記第ｉの検知波は、前記発射器から前記Ａ１ｉ部分に沿って前記第一反射部材に到達し、前記第一反射部材から前記Ｂ１ｉ部分に沿って前記作業面に到達し、前記作業面から前記Ｃ１ｉ部分に沿って前記第一反射部材に到達し、前記第一反射部材から前記Ｄ１ｉ部分に沿って前記受信器に到達することを特徴とする請求項３に記載の検知システム。
【請求項９】
前記第一ライトカーテン内に侵入物体が存在する場合に、前記第ｉの検知波が前記発射器から発射されて前記受信器に届くまでの時間は、第二種の時間、第三種の時間、または第四種の時間であり、前記第二種の時間は前記第一種の時間より短く、前記第三種の時間は前記第一種の時間より長く、前記第ｉの検知波が予定の時間を超えてから前記受信器に届く場合、または予定の時間を超えても前記受信器に届かない場合は、第四種の時間に属することを特徴とする請求項８に記載の検知システム。
【請求項１０】
前記検知システムは、さらに、
前記設備を包囲し、前記設備に対して前記作業面から離れ、前記作業面に平行ではない少なくとも１つの反射面を有する第二反射部材と、
前記作業スペースと前記第一ライトカーテンの間に形成される立体の第二ライトカーテンと、を備え、
前記検知設備は、さらに発射器、受信器、及びコントローラーを有する第二検知器を備え、前記第二検知器の前記コントローラーは、前記第二検知器の前記発射器と前記受信器が回転軸回りに同時に回転するように制御し、前記発射器は、一周ごとにＮ個の検知波を発射し、前記受信器は、前記検知波に対応してＮ回の時間測定を行い、前記検知波は、前記第二反射部材の前記反射面と前記作業面によって、前記第二ライトカーテンを形成することを特徴とする請求項１に記載の検知システム。
【請求項１１】
前記第二ライトカーテン内に侵入物体がない場合に、第ｉの検知波が前記第二検知器の前記発射器から発射されて前記第二検知器の前記受信器に届くまでの時間は、第一種の時間Ｔ１ｉであり、前記第二ライトカーテン内に侵入物体が存在する場合における第ｉの検知波の測定時間は、第一種の時間Ｔ１ｉと相違することを特徴とする請求項１０に記載の検知システム。
【請求項１２】
前記第ｉの検知波が進行する第一種の経路ＰＡ１ｉは、Ａ１ｉ部分、Ｂ１ｉ部分、Ｃ１ｉ部分、及びＤ１ｉ部分を有し、前記第ｉの検知波は、前記第二検知器の前記発射器から前記Ａ１ｉ部分に沿って前記第二反射部材に到達し、前記第二反射部材から前記Ｂ１ｉ部分に沿って前記作業面に到達し、前記作業面から前記Ｃ１ｉ部分に沿って前記第二反射部材に到達し、前記第二反射部材から前記Ｄ１ｉ部分に沿って前記第二検知器の前記受信器に到達することを特徴とする請求項１１に記載の検知システム。
【請求項１３】
前記第二ライトカーテン内に侵入物体が存在する場合に、前記第ｉの検知波が前記第二検知器の前記発射器から発射されて前記第二検知器の前記受信器に届くまでの時間は、第二種の時間、第三種の時間、または第四種の時間であり、前記第二種の時間は前記第一種の時間より短く、前記第三種の時間は前記第一種の時間より長く、前記第ｉの検知波が予定の時間を超えてから前記第二検知器の前記受信器に届く場合、または予定の時間を超えても前記第二検知器の前記受信器に届かない場合は、第四種の時間に属することを特徴とする請求項１２に記載の検知システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１８年８月２７日に出願された米国仮出願第６２／７２３，１１５、および、２０１９年７月２５日に出願された台湾特許出願第１０８２０９７０９号を基礎として優先権を主張する。それぞれの出願の全てが、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本考案は、動作中の器械や設備の動作範囲内に侵入物体が存在するかどうかを検知する検知システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
作業の環境において、動作中の器械や設備には危険性が高いものがあるため、不意に近付くと大きな事故を引き起こす可能性があると考えられる。例えば、高速で動作中のロボットアームの動作範囲内に物体や作業者が入ると、ロボットアームと衝突する可能性がある。それによって、作業者の怪我や物体及びロボットアームの損傷を引き起こし、さらに物体の全壊や作業者の死亡事故を引き起こしてしまう恐れもある。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
既存のロボットアームには、安全ライトカーテン（Ｓａｆｅｔｙ  Ｌｉｇｈｔ  Ｃｕｒｔａｉｎｓ）が設置されるものが知られている。しかし、既存の安全ライトカーテンには、下記の欠点がある：（１）１つのライトカーテン装置は、１つの平面のライトカーテンのみを形成するので、環状の範囲（例えば、長方形の範囲）をカバーするには少なくとも４つのライトカーテン装置が必要となる。つまり、前方、後方、左方、及び右方にそれぞれライトカーテン装置を設置する必要がある。（２）ライトカーテンは、それぞれ複数の光線を有する。それぞれの光線は、発射器によって生成され、受信器によって受光される。そのため、光線の配置密度を高めて検知の精度を向上させるには、光線の数を増やす必要があり、コストが高くなる。（３）上記のように、既存のライトカーテンの構成では、構築のコストが高いという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本考案は、前記課題に鑑みてなされたものであり、動作中の器械や設備の予定範囲内に侵入物体が存在するかどうかを検知できる検知システムを提供する。本考案に係る検知システムは、前記予定範囲内に侵入物体が存在することを検知すると、動作中の設備を減速または停止させ、設備の損傷や作業者の怪我などを防止する。本考案に係る検知システムは、簡略化した構成であり、１つの発射器と１つの受信器だけで複数の平面のライトカーテンを形成することが可能である。
【０００６】
本考案に係る検知システムは、設備の安全確保用の検知システムである。前記設備は、作業面に設置され、作業面において作業スペースを定義する。前記検知システムは、第一反射部材と、検知設備と、立体の第一ライトカーテンと、を備える。前記第一反射部材は、前記設備を包囲し、前記設備に対して前記作業面から離れる。前記第一反射部材は、少なくとも１つの反射面を備える。前記反射面は、前記作業面に平行ではない。前記検知設備は、電子制御装置と第一検知器とを備える。前記第一検知器は、発射器、受信器、及びコントローラーを備える。前記ライトカーテンは、前記作業スペースを包囲する。前記コントローラーは、前記発射器と受信器が回転軸回りに同時に回転するように制御する。前記発射器は、一周ごとにＮ個の検知波を発射する。前記受信器は、前記検知波に対応してＮ回の時間測定を行う。前記検知波は、前記第一反射部材の反射面と前記作業面によって、前記第一ライトカーテンを形成する。
【０００７】
前記第一ライトカーテン内に侵入物体がない場合に、第ｉの検知波が前記発射器から発射されて前記受信器に届くまでの測定時間は、第一種の時間Ｔ１ｉである。前記第一ライトカーテン内に侵入物体が存在する場合における第ｉの検知波の測定時間は、第一種の時間Ｔ１ｉと相違する。
【０００８】
前記第一ライトカーテンは、前記回転軸に対して略垂直に形成されたカバーエリアと、前記回転軸に対応する包囲エリアと、を備える。
【０００９】
前記カバーエリアは、前記発射器と前記第一反射部材によって定義される。前記包囲エリアは、前記第一反射部材と前記作業面によって定義される。
【００１０】
本考案の実施例において、前記検知システムは、さらに第一支持フレームを備える。前記第一支持フレームは、少なくとも１つの支柱と、テーブルと、少なくとも１つの延伸柱体と、を備える。前記支柱は、互いに間隔をおいて前記作業面に立設される。前記テーブルは、前記支柱の上に設置される。前記延伸柱体は、互いに間隔をおいて前記テーブルに設置され、外側に向けて延伸して前記第一反射部材に連結される。前記第一検知器の前記発射器と受信器は、前記テーブル上に設置される。
【００１１】
本考案の実施例において、前記延伸柱体の数は４つである。前記第一反射部材は、４つの本体と４つの反射面とを有する。各反射面は、それぞれ各本体に対応して形成される。各本体は、それぞれ各延伸柱体に対応して設置される。前記本体は囲繞して長方形状を形成する。
【００１２】
他の実施例において、前記第一反射部材は、１つの本体と１つの反射面とを有する。前記反射面は、前記本体に形成される。前記本体は、環状のものである。
【００１３】
第一種の経路ＰＡ１ｉは、Ａ１ｉ部分、Ｂ１ｉ部分、Ｃ１ｉ部分、及びＤ１ｉ部分を有する。第ｉの検知波は、前記発射器からＡ１ｉ部分に沿って前記第一反射部材に到達し、前記第一反射部材からＢ１ｉ部分に沿って前記作業面に到達し、前記作業面からＣ１ｉ部分に沿って前記第一反射部材に到達し、前記第一反射部材からＤ１ｉ部分に沿って前記受信器に到達する。
【００１４】
前記第一ライトカーテン内に侵入物体が存在する場合に、第ｉの検知波が前記発射器から発射されて前記受信器に届くまでの時間は、第二種の時間、第三種の時間、または第四種の時間である。第二種の時間は、第一種の時間より短い。第三種の時間は、第一種の時間より長い。検知波が予定の時間を超えても受信器に届かない場合は、第四種の時間に属する。
【００１５】
本考案の実施例において、前記検知システムは、さらに第二反射部材と、立体の第二ライトカーテンと、を含む。前記第二反射部材は、前記設備を包囲し、前記設備に対して前記作業面から離れる。前記第二反射部材は、少なくとも１つの反射面を備える。前記反射面は、前記作業面に平行ではない。前記第二ライトカーテンは、前記作業スペースと前記第一ライトカーテンの間に形成される。前記検知設備は、さらに第二検知器を備える。前記第二検知器は、発射器、受信器、及びコントローラーを備える。前記第二検知器のコントローラーは、前記第二検知器の発射器と受信器が回転軸回りに同時に回転するように制御する。前記発射器は、一周ごとにＮ個の検知波を発射する。前記受信器は、前記検知波に対応してＮ回の時間測定を行う。前記検知波は、前記第二反射部材の反射面と前記作業面によって、前記第二ライトカーテンを形成する。
【００１６】
前記第二ライトカーテン内に侵入物体がない場合に、第ｉの検知波が前記第二検知器の発射器から発射されて前記第二検知器の受信器に届くまでの時間は、第一種の時間Ｔ１ｉである。前記第二ライトカーテン内に侵入物体が存在する場合における第ｉの検知波の測定時間は、第一種の時間Ｔ１ｉと相違する。
【００１７】
第一種の経路ＰＡ１ｉは、Ａ１ｉ部分、Ｂ１ｉ部分、Ｃ１ｉ部分、及びＤ１ｉ部分を有する。第ｉの検知波は、前記第二検知器の発射器からＡ１ｉ部分に沿って前記第二反射部材に到達し、前記第二反射部材からＢ１ｉ部分に沿って前記作業面に到達し、前記作業面からＣ１ｉ部分に沿って前記第二反射部材に到達し、前記第二反射部材からＤ１ｉ部分に沿って前記第二検知器の受信器に到達する。
【００１８】
前記第二ライトカーテン内に侵入物体が存在する場合に、第ｉの検知波が前記第二検知器の発射器から発射されて前記二検知器の受信器に届くまでの時間は、第二種の時間、第三種の時間、または第四種の時間である。第二種の時間は、第一種の時間より短い。第三種の時間は、第一種の時間より長い。検知波が予定の時間を超えても受信器に届かない場合は、第四種の時間に属する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本考案の第一実施例に係る検知システムを示す斜視図である。
【図２】本考案の第一実施例に係る検知システムを示す上面図である。
【図３】本考案の第一実施例に係る検知システムを示す側面図である。
【図４】本考案の第一実施例に係る検知システムにおいて侵入物体がない場合における検知波の経路を示す模式図である。
【図５】本考案の第一実施例に係る検知システムの第一検知器を示す斜視図である。
【図６】及び
【図７】本考案の第一実施例に係る検知システムの第一検知器の一部を示す斜視図である。
【図８】本考案の第一実施例に係る検知システムを示すもう１つの側面図である。
【図９】本考案の第一実施例に係る検知システムを示すもう１つの側面図である。
【図１０】本考案の第一実施例に係る検知システムを示すもう１つの側面図である。
【図１１】本考案の第二実施例に係る検知システムを示す斜視図である。
【図１２】本考案の第二実施例に係る検知システムを示す上面図である。
【図１３】本考案の第二実施例に係る検知システムを示す側面図である。
【図１４】本考案の第三実施例に係る検知システムを示す斜視図である。
【図１５】本考案の第三実施例に係る検知システムを示す上面図である。
【図１６】本考案の第三実施例に係る検知システムを示す側面図である。
【図１７】本考案の第四実施例に係る検知システムを示す斜視図である。
【図１８】本考案の第四実施例に係る検知システムの第一警戒範囲を示す表示画面の図である。
【図１９】本考案の第四実施例に係る検知システムにおいて侵入物体が存在する状態を示す表示画面の図である。
【図２０】本考案に係る検知システムのフローチャートである。
【考案を実施するための形態】
【００２０】
図１、図２、及び図３に示すように、本考案の第一実施例に係る検知システム１０００は、ロボットアーム（ｒｏｂｏｔｉｃ  ａｒｍ）設備２０００に適用するが、これに限ったものではない。安全確保を必要とする設備であれば、本考案を適用することが可能である。ロボットアーム設備２０００は、作業面Ｐの上に設置されている（この実施例において、作業面Ｐは床面である）。動作中のロボットアーム設備２０００と把持した作業対象物の動作範囲によって、作業面Ｐから上に向けて立体の作業スペースＷ（図１、図２、及び図３の破線で示す範囲）を定義する。即ち、検知システム１０００を設置する前に、ロボットアーム設備２０００の作業スペースＷを確認する。本実施例に係る検知システム１０００は、検知設備１、立体の第一ライトカーテン２、第一反射部材４、及び第一支持フレーム５を備える。
【００２１】
第一支持フレーム５は、作業スペースＷの範囲外において作業スペースＷを包囲して設置されるため、動作中のロボットアーム設備２０００と衝突することはない。第一支持フレーム５は、４つの支柱５１と、テーブル５２と、４つの延伸柱体５３と、を備える。前記支柱５１は、互いに間隔をおいて作業面Ｐに立設される。テーブル５２は、前記支柱５１の上に設置される。前記延伸柱体５３は、互いに間隔をおいてテーブル５２の周縁に連結され、テーブル５２から離れた方向に向けて延在する。検知設備１の第一検知器１２は、テーブル５２の上に設置され、テーブル５２の中央部に位置する。他の実施例において、第一検知器１２をテーブル５２の中央部以外に設置してもよい。
【００２２】
第一反射部材４は、１つの本体４１と１つの反射面４２を有する。本体４１は、閉形状を形成する（例えば円形、ただしそれに限定されない）。本体４１とテーブル５２の間に、４つの延伸柱体５３は第一検知器１２の周囲に間隔をおいて設置される。反射面４２は、本体４１における第一検知器１２に対向する側に設置される。この実施例において、反射面４２の法線は、作業面Ｐの法線と平行ではなく、第一角度θ１を成す。また、反射面４２は、全体で光反射材料で構成されてもよいし、光反射材層で覆われるプラスチックの部材でもよい。光反射材料は、アルミニウム合金または銀合金であってもよく、ただしそれに限定されない。
【００２３】
図１に示すように、検知設備１は、互いに信号の受発信が可能に接続されている電子制御装置１１と、第一検知器１２と、警報器１３と、を備える。
【００２４】
電子制御装置１１は、ユーザの指令に基づいて第一検知器１２を制御し、第一検知器１２からの信号に対して変換と判断を行い、必要に応じて警報を発するように警報信号を警報器１３に送信する。なお、電子制御装置１１は、ロボットアーム設備２０００に接続され、警報信号をロボットアーム設備２０００に送信してもよい。ロボットアーム設備２０００は、警報信号に応じて例えば動作を一旦停止する。実際には、電子制御装置１１は、コンピューター、プログラマブルロジックコントローラ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＰＬＣと略称する）、または組み込みシステム（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍ）であってもよい。
【００２５】
図１、図５、図６、及び図７に示すように、第一検知器１２は、第一支持フレーム５のテーブル５２に設置され、基台１２１と、回転モジュール１２２と、発射器１２３と、受信器１２４と、コントローラー１２５と、を備える。コントローラー１２５は、例えばマイクロコントローラー（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）であり、電子制御装置１１に接続されている。コントローラー１２５は、回転モジュール１２２の回転動作と回転速度、発射器１２３のオン、オフ、及び発射頻度、受信器１２４の受信頻度を制御し、受信器１２４からの受信結果を電子制御装置１１に送信することができる。発射器１２３と受信器１２４は回転軸Ｃを中心として同時に回転する。発射器１２３がオンになると、概ね回転軸Ｃの径方向（作業面Ｐに略平行な方向）に沿って複数の検知波が発射される（即ち、方向性のある波が発射される）。受信器１２４は、レンズ１２４１とセンサー（図示せず）を備え、発射器１２３のオンとオフに対応して検知波を受け取る。レンズ１２４１は、広角レンズ（受光角度が大きいレンズ）やフィルターレンズ（一部の干渉波を除去できるレンズ）であってもよい。センサーは、検知波を受信するものである。
【００２６】
この実施例において、第一検知器１２は、測距レーダーである。一般的に、測距レーダーは掃除ロボットに設置される。それによって、掃除ロボットが障害物を回避できるように、スキャン機能で床面付近の障害物の位置と距離を測定する。原則としては床面と略平行の方向でスキャンを行う。また、回転モジュール１２２の回転速度は、約８５から４２８ＲＰＭの範囲内である。発射器１２３からのレーザー光線は、波長が約７７５〜７９５ｎｍで、パワーが約２〜５ｍＷである。発射器１２３は、一周ごとにオンとオフを約３００回から１３００回繰り返し、つまり、一回転ごとに３００から１３００個の検知波を発射する。最大の有効測定範囲は６メートルである（往復合計１２メートル）。ただし、それに限定されなく、必要に応じて一周の時間や発射器からの検知波の数量を変更してもよい。例えば、一周の時間を１秒とし、一周ごとの検知波の数量を５０としてもよい。また、レーザー光線の代わりに、指向性のある赤外線または音波を使用してもよい。
【００２７】
続いて、図３及び図４に示すように、発射器１２３からの検知波は、侵入物体（例えば作業者）が存在しない場合に、回転軸Ｃを中心として概ね回転軸Ｃの径方向（つまり、作業面Ｐに略平行な方向）に沿って進行し、第一反射部材４の反射面４２で（例えば反射によって）方向を変えることで、回転軸Ｃに略平行の方向（作業面Ｐに略垂直の方向）に沿って進行し、作業面Ｐに到達する。発射器１２３と受信器１２４の数はそれぞれ１つのみであり、発射器１２３は複数の検出波を同時に発射することではない（即ち、１回において１つの検知波のみを発射する）が、回転モジュール１２２の回転速度が速く、かつ発射器１２３が短時間でオンとオフを繰り返すため、ロボットアーム設備２０００を包囲して複数のビームを設置することができ、複数のビーム（光線）を有する周知のライトカーテンの効果が得られる立体の第一ライトカーテン２を形成することができる。侵入物体（検出波と比較して低い速度で移動する侵入物体）が検知範囲内に侵入すると、検知されることになる。より詳しくは、第一ライトカーテン２は、回転軸Ｃ（発射器１２３）を中心として作業スペースＷの範囲外において作業スペースＷを包囲したビームによって形成され、カバーエリア２１と包囲エリア２２とを含む。検知範囲内に侵入物体がない場合に、カバーエリア２１内の検知波は、概ね回転軸Ｃの径方向（即ち、作業面Ｐに略平行な方向）に沿って進行する。包囲エリア２２内の検知波は、回転軸Ｃに略平行（作業面Ｐに略垂直）となっている。より詳しくは、この実施例において、カバーエリア２１は、発射器１２３と第一反射部材４で定義された、作業面Ｐに平行な円形の平面である。また、正投影像４ａは、第一反射部材４を作業面Ｐに投影することによって定義される（図１参照）。包囲エリア２２は、第一反射部材４と正投影像４ａを連結する包囲面である。この実施例において、包囲エリア２２は、（作業スペースＷを包囲する）円筒形の環状面であるが、それに限定されない。つまり、前記の構成によれば、第一ライトカーテン２を形成することができる。第一検知器１２は、継続的に第一ライトカーテン２の範囲内に安全検知を行う（安全確保のスキャンを行う）。
【００２８】
続いて、本考案の発射器１２３と受信器１２４によって、複数のビーム（光線）を有する従来のライトカーテンと同じような効果を得る仕組みについて詳しく説明する。回転モジュール１２２によって発射器１２３と受信器１２４が一周（３６０度）回転する期間に、発射器１２３は、コントローラー１２５の制御によってＮ回のループでオンとオフを繰り返す（１回のループは、１回のオンと１回のオフを含む）。周ごとに上記と同じ動作を繰り返す。なお、１周の回転時間をＳ秒とすると、１回のループの時間はＳ／Ｎ秒となり、即ち、オンの時間はＳ／２Ｎとなり、オフの時間はＳ／２Ｎとなる。そして、オンとオフは繰り返される。例えば、回転モジュール１２２の１周の回転時間を０．２秒とし、１周の期間において発射器１２３のオンとオフのループを３６０回とする。そうすると、発射器１２３は、１／３６００秒のオンと１／３６００秒のオフを３６０回のループで繰り返すことになる。それによって、３６０個の検知波、つまり、第一の検知波、第二の検知波、第三の検知波、…、第ｉの検知波、…、及び第Ｎの検知波を独立して発射することができる。前記Ｎ個の検知波は、回転軸Ｃ（発射器１２３）を中心として外側に向けて発射される。
【００２９】
Ｎ個の検知波を独立して発射する前記方法の代わりに、エンコーダ方式で１／３６００秒ごとに波形を変更してもよい。
【００３０】
また、受信器１２４は、発射器１２３と共に回転し、周ごとに３６０回の検知を行い、各検知波について時間を測定する。言い換えれば、第一の検知波ついて第一の時間を測定し、第二の検知波ついて第二の時間を測定し、…、第ｉの検知波について第ｉの時間を測定し、…、第Ｎの検知波ついて第Ｎの時間を測定する。原則として、第ｉの時間は、第ｉの検知波が発射器１２３から発射されて受信器１２４に到達する往復時間を示すが、例外については後述する。
【００３１】
第一ライトカーテン２は、周ごとに繰り返されるＮ個の検知波を有するので、侵入物体が検知範囲内に侵入すると、一部の検知波の経路は変化する。それによって、検知波の往復時間が変化するので、それに基づいて侵入物体の有無を判断することができる。図３、図８、図９、及び図１０を参照しながら、発射器１２３から発射された検知波の各種の経路とそれによって異なる往復時間について説明する。原則として、第一種の時間、第二種の時間、第三種の時間、及び第四種の時間に分類される。第一種の時間は、安全が確保された状態で測定された時間である（図３参照）。つまり、第一警戒範囲Ｒ１内に侵入物体がない状態であり、基本状態ともいうが、詳細については後述する。第二種の時間（図８参照）、第三種の時間（図９参照）、及び第四種の時間（図１０参照）は、侵入物体が存在する状態で測定された時間である。つまり、第一警戒範囲Ｒ１内に侵入物体が存在する状態であり、詳細については後述する。
【００３２】
図３及び図４に示すように、第一種の時間の検知波は、第一種の経路ＰＡ１に沿って往復する。この実施例において、経路ＰＡ１は、Ａ１部分（往路水平部分）、Ｂ１部分（往路垂直部分）、Ｃ１部分（復路垂直部分）、及びＤ１部分（復路水平部分）を含む。発射器１２３から発射された検知波は、Ａ１部分に沿って第一反射部材４の反射面４２（入射角は第二角度θ２）に到達し、反射（反射角は同様に第二角度θ２）で方向を変更し、Ｂ１部分に沿って作業面Ｐに到達し、反射でＣ１部分に沿って第一反射部材４の反射面４２に到達し、方向を変更してＤ１に沿って受信器１２４に到達する。安全が確保された状態における検知波の往復時間と往復経路長は、それぞれ第一種の時間Ｔ１ｉと第一種の経路長Ｌ１ｉと定義する。
【００３３】
また、注意すべき点として、他の実施例において、第一検知器１２はテーブル５２の中央部に位置しなくてもよく、また、第一反射部材４は円形以外の形状であってもよい。それによって、異なる角度で発射された検知波は、相違する方向で往復し、経路が異なることになる。つまり、侵入物体が存在しない場合に、Ａ１部分、Ｂ１部分、Ｃ１部分、及びＤ１部分は、Ａ２部分、Ｂ２部分、Ｃ２部分、及びＤ２部分とそれぞれ異なり、また、Ａ３部分、Ｂ３部分、Ｃ３部分、及びＤ３部分とそれぞれ異なる可能性がある。１回の回転の期間内であっても、検知波はそれぞれ異なる往復時間を有する可能性があるため、測定時間を比較する際には、例えば、第１回の回転における第八の検知波と第２回の回転における第八の検知波で比較することになる。即ち、第ｉの検知波と第ｉ＋１の検知波で比較するのではなく、各周の第ｉの検知波で比較する。
【００３４】
第ｉの検知波が第一種の経路ＰＡ１ｉで往復する場合、例えば、Ａ１ｉ、Ｂ１ｉ、Ｃ１ｉ、及びＤ１ｉ部分で往復する場合、第一種の時間はＴ１ｉであり、第一種の経路長はＬ１ｉである。前記結果は、安全が確保された状態（第一警戒範囲Ｒ１内に侵入物体がない状態）における結果である。比較の便宜上、第一種の時間Ｔ１ｉを基準時間ＴＯｉとも称し、第一種の経路長Ｌ１ｉを基準経路長ＬＯｉとも称するが、詳細については後述する。
【００３５】
詳しくは、発射器１２３から発射された検知波はビームである。粒子説の観点から見ると、ビームは多数の粒子を有する。ビームは進行中と反射の過程において若干発散するので、受信器１２４は最初に到達した波（粒子）を受けることで時間の測定を完了させる。基準となる情報を確立し、誤差の影響を回避するために、第ｉの検知波の基準時間ＴＯｉ（第一種の時間Ｔ１ｉ）は、予め複数回の回転（例えば、３−５回）で平均値を算出して決定する。ただし、それに限定されない。
【００３６】
続いて、第二種の時間について説明する。第二種の時間は、第一種の時間より短い時間である。第二種の時間が測定された状態は、第一警戒範囲Ｒ１内に侵入物体が侵入することで、検知波が比較的に短い第二種の経路ＰＡ２に沿って進行し、往復時間が短くなる状態である。図８に示すように、第一種の経路ＰＡ１のＡ１部分に沿って進行した検知波は、Ｂ１’部分に沿って進行すると侵入物体に遭遇することで、反射によってＣ１’部分に沿って第一反射部材４の反射面４２に到達し、Ｄ１部分に沿って受信器１２４に到達する。明らかに短い経路なので、往復時間は短くなる。また、侵入物体がＡ１部分に侵入した場合には、検知波は直接反射で受信器１２４に向けて進行する。往復時間が短ければ、第二種の時間とする。言い換えれば、第二種の経路ＰＡ２ｉに沿って往復する第ｉの検知波は、第二種の時間がＴ２ｉであり、第二種の経路長がＬ２ｉである。そして、Ｔ２ｉ＜Ｔ１ｉ（ＴＯｉ）、Ｌ２ｉ＜Ｌ１ｉ（ＬＯｉ）となっている。
【００３７】
第三種の時間は、第一種の時間より長い時間である。第三種の時間が測定された状態は、第一警戒範囲Ｒ１内に侵入物体が侵入することで、検知波が比較的に長い第三種の経路ＰＡ３に沿って進行し、往復時間が長くなる状態である。図９に示すように、第一種の経路ＰＡ１のＡ１部分に沿って進行した検知波は、Ｂ１’’部分に沿って進行すると侵入物体に遭遇することで、反射によってＣ１’’部分、Ｄ１’’部分、Ｅ１’’部分、Ｆ１’’部分、及びＧ１’’部分に沿って進行し、受信器１２４に到達する。明らかに長い経路なので、往復時間は長くなる。部分の数にかかわらず、往復時間が長ければ、第三種の時間とする。言い換えれば、第三種の経路ＰＡ３ｉに沿って往復する第ｉの検知波は、第三種の時間がＴ３ｉであり、第三種の経路長がＬ３ｉである。そして、Ｔ３ｉ＞Ｔ１ｉ（ＴＯｉ）、Ｌ３ｉ＞Ｌ１ｉ（ＬＯｉ）となっている。
【００３８】
第四種の時間は、特殊な状態で測定された時間である。侵入物体が第一警戒範囲Ｒ１内に存在し、検知波が進行した第四種の経路ＰＡ４が長すぎるため、検知波が予定の時間を超えてから受信器１２４に到達した場合、または予定の時間を超えても受信器１２４に届かない場合には、第四種の時間と判断する。一般的に、前記予定の時間は、各検知波の発射の時間間隔（例えば、第一の検知波と第二の検知波の時間間隔）であってもよく、予め設定した時間、例えば０．５ミリ秒であってもよい。図１０に示すように、第一種の経路ＰＡ１のＡ１部分に沿って進行した検知波は、Ｂ１’’’部分に沿って進行すると侵入物体に遭遇することで、反射によってＣ１’’’部分に沿って進行するので、受信器１２４に届かない。受信器１２４が次の検知波が発射される前に復路の検知波を受け取ることができない場合、コントローラー１２５は第四種の時間と判断する。言い換えれば、第四種の経路ＰＡ４ｉに沿って進行する第ｉの検知波は、その第四種の時間がＴ４ｉである。そして、Ｔ４ｉ＞Ｔ１ｉ（ＴＯｉ）となっている。
【００３９】
まとめると、検知波の測定時間が第一種の時間である場合は、侵入物体が存在しない安全な状態（基本状態）であると判断することができる。また、検知波の測定時間が第一種の時間ではない（即ち、第二種の時間、第三種の時間、または第四種の時間である）場合は、測定時間の長さにかかわらず、侵入物体が存在すると判断することができる。
【００４０】
ただし、毎回の検知での誤差を考慮して、２０％の許容範囲を設定して判断を行うことが望ましい。つまり、第ｉの検知波の測定時間が１．２×Ｔ１ｉより長い、または０．８×Ｔ１ｉ未満の場合は、侵入物体が存在すると判断する。ただし、それに限定されない。必要に応じて許容範囲を２％から５０％に設定してもよい。
【００４１】
続いて、侵入物体の侵入方向の判断について説明する。図２に示すように、１周の回転において３６０個の検知波が発射されるので、図２の上方（１２時方向）を回転の出発点とすると、第１から第９０の検知波は第一象限に位置し、第９１から第１８０の検知波は第二象限に位置し、第１８１から第２７０の検知波は第三象限に位置し、第２７１から第３６０の検知波は第四象限に位置することになる。例えば、第９６から第１３１の検知波の測定時間が第一種の時間Ｔ１ｉ（基準時間ＴＯｉ）ではない場合は、侵入物体が第二象限に侵入したと判断できる。
【００４２】
説明を加えると、第ｉの検知波の測定時間が第一種の時間Ｔ１ｉではない場合は、侵入物体が侵入したと判断する。誤判断を回避するために、一定の閾値を設定し、コントローラー１２５は、閾値を超えた場合に警報を発するように警報器１３に通知する。例えば、前記閾値を５と設定すると、連続して５つの検知波、例えば、第１８から第２２の検知波（第ｉから第ｉ＋４の検知波）の測定時間が第一種の時間Ｔ１ｉではない場合には、警報器１３から警報を発する。また、前記閾値は状況によって変更することができ、例えば、３から５０に設定してもよい。なお、特殊な異常の場合でも対応できるよう、不連続で設定してもよい。例えば、Ｎ個の検知波のうち２０％の検知波の測定時間が第一種の時間Ｔ１ｉではない場合は、警報器１３から警報を発する。警報の発信に加えて、電子制御装置１１は同時に信号をロボットアーム設備２０００に送信してもよい。それに基づいて、ロボットアーム設備２０００は、一旦停止または安全リレーによって非常停止する。
【００４３】
また、第一支持フレーム５の支柱５１と延伸柱体５３は、伸縮可能な部材で構成されてもよい。それによって、ロボットアーム設備２０００の寸法（作業スペースＷ）によって第一支持フレーム５の高さと幅を調整することができる。なお、延伸柱体５３は、さらに柱体と調整可能な固定プレート（図示せず）とを備えてもよい。本体４１は固定プレートに設置される。本体４１と柱体の間の角度は調整可能である。
【００４４】
また、立体の第一ライトカーテン２は、従来のライトカーテンのように間隔をおいて複数のビーム（光線）を同時に発射するではないが、非常に短時間に１周回転しながらＮ個の検知波を発射するので、間隔をおいて同時に発射するビームと同等の効果を発揮することが可能である。第一ライトカーテンのビームは、発射器１２３から反射部材４にわたって放射状に広がる。
【００４５】
図１１、図１２、及び図１３に示すように、本考案の第二実施例に係る検知システム３０００は、第一支持フレーム５を省略することで、直接に作業面Ｐ上の天面Ｔ（例えば、天井）に設置される点で、第一実施例と相違する。第一反射部材４は、同様に環状に形成されて一定の領域を包囲し、第一検知器１２はその領域に位置する。ロボットアーム設備２０００は、作業面Ｐに設置され、第一検知器１２の下方に位置する。検知設備１の詳細について、第一反射部材４の形状、傾斜、及びメカニズムは第一実施例と同様であるため、説明を省略する。
【００４６】
図１４、図１５、及び図１６に示すように、本考案の第三実施例に係る検知システム４０００は、第二実施例と同様に、天面Ｔ（例えば、天井）に設置される。しかし、本実施例に係る検知システム４０００は、さらに第二検知器１２’、立体の第二ライトカーテン２’、第二反射部材４’、及び第二支持フレーム５’を備える点で、前記実施例と相違する。第二検知器１２’は、第一検知器１２と重なって設置されるので、天面Ｔからより突出している。第二反射部材４’は、同様に環状に形成されるが、その直径は第一反射部材４の直径より小さい。第二支持フレーム５’は、４つの延伸柱体５３’のみを備える。各延伸柱体５３’は、第二反射部材４’と天面Ｔの間に設置される。つまり、第一反射部材４は、第二反射部材４’を包囲するとなっている。ただし、第二反射部材４’は、作業スペースＷの範囲外に位置し、第一反射部材４より低い位置に配置されるため、第一反射部材４と第一検知器１２の発射器１２３の間を遮ることはない。前記方法に基づいて、第二検知器１２’と第二反射部材４’を利用して、作業スペースＷと第一ライトカーテン２の間に第二ライトカーテン２’を形成することができる。
【００４７】
２つのライトカーテンを設置すると、違う状況に対応できるという利点がある。例えば、第一ライトカーテン２に侵入物体が侵入すると、ロボットアーム設備２０００は、５０％減速する。第二ライトカーテン２’に侵入物体が侵入すると、ロボットアーム設備２０００は、動作を停止する。
【００４８】
他の実施例において、ロボットアーム設備２０００は、作業面Ｐに設置されなく、作業台に設置されてもよい。また、ロボットアーム設備２０００は、上下逆に天面Ｔに設置されてもよい。その場合、第一反射部材４と第一支持フレーム５の配置を調整し、第一ライトカーテンを作業スペースＷ外に形成すればよい。
【００４９】
続いて、図１７に示すように、本考案の第四実施例に係る検知システム５０００は、第一反射部材４の本体４１を四角形のものに変更し、第一ライトカーテン２を四角柱面に形成する点で、第二実施例と相違する。即ち、第一ライトカーテンは、四角形のカバーエリア２１と、角筒面の包囲エリア２２（４つの四角形の領域で形成される）と、を有する。
【００５０】
また、本実施例において警報を発するかどうかの判断方法について説明する。１周における各検知波の基準時間（侵入物体がない場合）を、図１８に示す面グラフに変換する。立体の第一ライトカーテン２を二次元の平面に表示すると、１つの正方形の領域（カバーエリア２１に対応する）及び４つの長方形の領域（包囲エリア２２に対応する）で構成された十字型の面グラフになる。それに基づいて検知と判断を行う。図１９は、侵入物体（例えば、作業員）が存在する（下方の影部分）場合を示す図である。侵入した方向で幾つかの検知波の往復時間が短くなる（第二種の時間がＴ２ｉとなる）ので、変換後の面積が変化した（小さくなった）。
【００５１】
前記図面によって、面積の変化に基づいて警報を発する閾値を設定することができる。前記と同様に、面積の差が２％から５０％に達した場合を基準にしてもよい。説明を加えると、面積への変換は複雑な演算を必要とするので、第一検知器１２で演算を実行するのではなく、第一検知器１２からデータを電子制御装置１１に送信し、電子制御装置１１によって演算を実行し、電子制御装置１１のディスプレイ（図示せず）でリアルタイムで表示すればよい。
【００５２】
続いて、図２０に示すように、本考案に係る検知システムの動作手順について説明する。動作手順は、ステップＳ１からステップＳ６を含む。ステップＳ１からステップＳ４は、本考案に係る検知システム１０００が正式に動作する前の事前準備を示すステップである。ステップＳ１、Ｓ２は、検知システム１０００の各部材を設置するステップである。ステップＳ３、Ｓ４は、検知設備１を動作させ、侵入物体の有無の判断基準として基準値を確立するステップである。ステップＳ５は、検知システム１０００の動作中に、侵入物体を検知すると、ステップＳ６に移行するステップである。
【００５３】
ステップＳ１：作業面に設置された設備について、作業スペースを定義する。設備２０００に予め設定された動作手順に基づいて、動きの幅及び動作中の動作範囲を考慮し、設備２０００の最大の可動範囲を作業スペースＷとして算出する。
【００５４】
ステップＳ２：前記作業スペースの外側に検知システムを構築する。前記検知システムは、検知設備と、第一反射部材と、第一支持フレームとを備える。検知設備１、第一反射部材４、及び第一支持フレーム５は、それぞれ作業スペースの外側に設置される。前記部材によって安全確保用の検知システム１０００が構成される。また、第一支持フレーム５には、主に第一反射部材４と検知設備１が設置される。設備２０００と検知システム１０００の配置によって、第一支持フレーム５を省略する場合もある。
【００５５】
ステップＳ３：前記作業スペースを包囲する立体の第一ライトカーテンを形成する。検知設備１から継続的に発射された複数の検知波は、第一反射部材４で方向を変更し、作業スペースＷの外側において作業スペースＷを包囲する第一ライトカーテン２を形成し、侵入物体が第一警戒範囲Ｒ１内に侵入したかどうかを検知する。
【００５６】
ステップＳ４：第ｉの検知波の基準時間を測定する。まず、安全が確保された状態（第一警戒範囲Ｒ１内に侵入物体がない状態）で、比較の基準として、検知設備１から各周の回転で発射されたＮ個の検知波について基準時間を測定する。即ち、原則として各検知波は第一種の経路ＰＡ１に沿って往復する。そのため、第一の検知波の測定時間は第一種の時間Ｔ１１（第一種の経路長Ｌ１１に対応する）であり、第二の検知波の測定時間は第一種の時間Ｔ１２（第一種の経路長Ｌ１２に対応する）であり、…、第ｉの検知波の測定時間は第一種の時間Ｔ１ｉ（第一種の経路長Ｌ１ｉに対応する）であり、…、第Ｎの検知波の測定時間は第一種の時間Ｔ１Ｎ（第一種の経路長Ｌ１Ｎに対応する）である。言い換えれば、第ｉの検知波の測定時間は第一種の時間Ｔ１ｉであり、即ち、基準時間ＴＯｉである。誤差の影響を回避するために、第ｉの検知波の基準時間ＴＯｉ（第一種の時間Ｔ１ｉ）は、複数回の回転（例えば３〜５回、それに限定されない）で平均値を算出して決定する。ただし、それに限定されない。各波の基準時間を確立すると、例えばコントローラー１２５に保存する。
【００５７】
ステップＳ５：検知と判断を実行する。各検知波の基準時間と比較して、判断を行う。発射器１２３と受信器１２４が継続的に回転する期間に、一周ごとにＮ個の検知波を発射し、それに対応してＮ回の時間測定を行い、各周の第ｉの検知波の測定時間と第ｉの検知波の基準時間ＴＯｉを比較する。測定時間が第一種の時間Ｔ１ｉではない累積回数が閾値を超えた場合には、次のステップに移行する。
【００５８】
ステップＳ６：必要に応じて信号を発信する。ステップＳ５において累積回数が閾値を超えた場合に、検知設備１は、警報を発するように警報器１３に通知するとともに、一旦停止または安全リレーによって非常停止するように信号を設備２０００に送信する。
【００５９】
上記のように、本考案に係る検知システムによれば、動作中の自動機械設備について、警戒範囲内に物体が侵入したかどうかを検知することができる。侵入物体が存在する場合には、減速または停止するように自動機械設備を制御することができるので、動作中の自動機械設備の周囲の安全を確保することが可能になる。
【００６０】
上述の実施例は、本考案の実施形態を説明するものであり、本考案の特徴構成を説明するものであるが、本考案は上記の実施例に限定されるものではない。上記実施形態やその変形は、本考案の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載れた発明とその均等の範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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